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高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展

北极星环保网来源:科学与技术 李超 王银平2017/9/24 8:52:28我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:垃圾渗滤液 有机废水 废水处理

北极星环保网讯:垃圾渗滤液是一种高浓度、成分复杂、可生化性差的有机废水,高级氧化技术具有高效性、彻底性、普适性的特点,是当今水处理领域的研究热点之一。本文综述了六种高级氧化技术处理垃圾渗滤液的机理、优缺点及研究进展,并对其处理垃圾渗滤液进行展望。

 垃圾渗滤液

关键字:垃圾渗滤液;高级氧化技术;羟基自由基;可生化性

城市垃圾填埋和稳定化过程中,由于厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋等产生多种代谢产物,形成高浓度的有机渗滤液。

渗滤液中的污染物质如不加以处理就排入自然水体,将会产生严重污染。但渗滤液水质成分复杂,营养元素失衡,难降解有机物多,含大量有毒有害物质,传统方法难以满足技术和经济上的净化要求。

高级氧化技术是通过氧化剂在一定反应条件下生成具有较强氧化能力的羟基自由基,与废水中的污染物结合,将其降解为二氧化碳、水和无毒物质。反应速度快、降解彻底、无二次污染、水质适用范围广。

1超临界水氧化法

超临界水氧化是利用水在超临界状态下的特性,使有机物和氧气在超临界水中迅速发生氧化反应来彻底分解有机物的新型废水处理技术。

王鹏[1]等采用Mn2O3-CeO2/γ-Al2O3作催化剂,发现催化超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的最佳工艺条件下垃圾渗滤液中COD和氨氮去除率分别为98.85%和66%。

超临界水氧化法也存在一些问题,如高温高压的操作条件会导致腐蚀、无机盐及金属氧化物沉淀造成设备及管道堵塞、运行成本高、缺乏必要的基础数据等。针对以上问题,未来对超临界水氧化法的研究主要是:优化反应器结构;引入高效经济的新型催化剂;热量回收以节约成本;对超临界水氧化技术的机理、动力学参数等做近一步研究。

2湿式氧化法

湿式氧化法是在高温、高压和液相条件下用氧化剂氧化水中溶解态或悬浮态有机物和还原态无机物的一种高级氧化技术,受到国内外科研人员的广泛重视。

胡晓惠[2]等采用催化过氧化氢氧化法对垃圾渗滤液MBR出水进行处理研究。发现垃圾渗滤液中COD去除率达82.46%。

湿式氧化技术也存在一些局限,如反应运行条件苛刻、对某些有机物的去除效率不高等。因此在湿式氧化技术基础上加入适当催化剂以降低反应温度与压力的催化湿式氧化应运而生。研究和开发出新型高效价廉的催化剂,开发适用于处理高浓度有毒工业废水的非均相催化反应器,是目前湿式氧化技术研究的难点。此外还需对湿式氧化技术的机理、影响因素、反应动力学做进一步研究;如何将催化湿式氧化技术与其他方法结合起来,利用其协同作用处理垃圾渗滤液,也是催化湿式氧化法未来的研究热点。

3光催化氧化

光催化氧化法是指有机污染物在光照下,通过催化剂实现分解。利用TiO2等半导体通过光催化作用氧化降解有机物,因其具有其他处理方法难以比拟的优越性,成为国际上环境治理前沿性研究课题。

贾陈忠[3]等研究发现在适宜条件下,UV-TiO2光催化氧化降解垃圾渗滤液的色度、COD和DOC的去除率分别可达97%、72%和60%。

以TiO2为催化材料的半导体光催化方法还存在技术难题。

如光催化反应速率低,利用太阳能的比例低,另外太阳紫外辐射度还受昼夜、季节、天气变化的影响,给太阳能光催化处理系统的连续运行带来困难。此外由于受透光性的影响,对高色度高浊度废水处理效果不理想。如何扩展纳米TiO2可利用的光谱范围,提高光催化效率;优化光催化反应器结构;与其他水处理技术联用,如光催化氧化法和新型膜分离技术进行耦合等一直是光催化研究领域最活跃的内容。

4电化学氧化

电化学氧化法主要依靠阳极表面放电产生的羟基自由基对吸附在阳极上的有机物的直接氧化和利用电解过程中产生的高氧化性中间产物等的间接氧化。电化学氧化法处理效果显著、无二次污染、操作简单易实现自动化。

ElenaSoloveva[4]等在最优条件下采用电化学氧化法处理实际垃圾渗滤液,结果发现,反应240min后,废水中氨氮也可得到全部去除,色度去除率可达82%。

电化学氧化法可以有效的处理垃圾渗滤液,但对电极和电解质有特殊要求、能耗大运行费用高,目前仍处于实验室规模阶段。未来研究应着重限制电化学氧化副反应,增加电流效应,此外也可采用电化学氧化与其他方法联用以降低能耗,促进工程应用。

5辐照氧化法

辐照氧化法是指废水经辐照而生成的强氧化性物质与水中污染物、细菌相互作用,使之达到氧化分解、消毒目的。

贾文宝[5]等实验发现添加H2O2能有效提高垃圾渗滤液中污染物的辐照降解效果。初始pH=3、吸收剂量为40kGy、H2O2浓度为10mmol/L时,垃圾渗滤液CODcr去除率44.3%、浊度下降98.3%。

辐照氧化法氧化能力强、能量利用率高,但其操作要求高、运行费用高,本身是破坏环境和威胁公众健康的污染物等缺陷制约了其发展运用。将该法与其他技术联用降低成本是其未来发展方向。

6超声氧化法

超声法利用频率在15kHz-1MHz的声波处理液体混合物时,引起的声空化作用瞬间产生的微小的区域内的极端高温高压去除难降解有机物。污染物的降解一般是通过直接热解或与在热解时产生氧化剂发生反应实现的,常作为其他处理技术的辅助和强化技术。

陈颖[6]等采用准好氧矿化反应床+芬顿/超声联用技术对垃圾渗滤液进行预处理后,渗滤液中COD、氨氮、总磷和色度的最高去除率分别达96%、86%、94%和95%,BOD5/COD从0.16增至0.35。

超声法能有效的降解有机物,发展潜力大。但能量转换率低、能耗高等缺陷需要改进。此外与其他高级氧化技术联用将是其未来发展趋势,如采用超声波辅助的方法可以改善光催化反应性能。将超声波引入到光催化当中可以延缓载流子复合、提高羟基自由基产率、减少催化剂表面污染物的吸附,因而提高光催化活性,是近年来研究热点。

7结论

高级氧化技术是一种高效、快速、彻底的处理方法,但高级氧化技术具有能耗大、成本大等缺点,氧化剂消耗量大使其难以普遍采用,限制了其快速实现工业化的进程。因此,对高级氧化技术的机理、影响因素、最佳运行条件及反应动力学、反应器结构优化等方面有待深入研究;研制出催化活性高、适用范围广、稳定性强、价格低廉的催化剂对高级氧化技术的应用起到关键作用;高级氧化技术与传统处理技术联合运用,和各种高级氧化技术之间的优化组合,将是实现高级氧化技术在垃圾渗滤液处理中工程化运用的发展方向。

延伸阅读:

垃圾渗滤液处理技术之碟管式反渗透DTRO工作原理解析

垃圾渗滤液处理中氨氮的运行控制

垃圾渗滤液污水处理厂工艺流程设计优化探讨

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